WO2007142032A1 - 撮像装置 - Google Patents

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WO2007142032A1
WO2007142032A1 PCT/JP2007/060520 JP2007060520W WO2007142032A1 WO 2007142032 A1 WO2007142032 A1 WO 2007142032A1 JP 2007060520 W JP2007060520 W JP 2007060520W WO 2007142032 A1 WO2007142032 A1 WO 2007142032A1
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imaging
image
control
ccd
imaging position
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PCT/JP2007/060520
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Inventor
Yasushi Kondo
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Shimadzu Corporation
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    • H04N3/15—Scanning details of television systems; Combination thereof with generation of supply voltages by means not exclusively optical-mechanical by means of electrically scanned solid-state devices for picture signal generation

Definitions

  • the present invention relates to an image pickup apparatus including an image pickup device that performs image pickup by converting incident light into electric charge to generate a signal charge corresponding to the intensity of the light.
  • CCD Charge Coupled Device
  • the signal charge corresponding to the intensity of the light is converted by converting incident light into electric charge.
  • a photoelectric conversion unit and a charge storage unit are arranged on a chip.
  • the CCD 1 includes a plurality of photodiodes 11 and a storage CCD 12 described above, and a vertical transfer CCD 13 that transfers the signal charges in the storage CCD 12 in the vertical direction shown in FIG. Talk with you.
  • a readout gate 14 for reading out signal charges from the photodiode 11 to the storage CCD 12 adjacent to the photodiode 11 is arranged next to each photodiode 11! /.
  • a horizontal transfer CCD 15 for transferring the signal charges transferred from the vertical transfer CCD 13 in the horizontal direction shown in FIG. 2 is provided.
  • the linear storage CCD 12 extends in an oblique direction. In this way, it is possible to pack the CD cells so that no wasteful space is generated on the chip.
  • an image conversion tube is incorporated in an imaging apparatus in order to perform electronic shattering and amplification before the imaging element (see, for example, Patent Document 2).
  • the image conversion tube also called a “streak tube”, is an input image (light) imaged on the photocathode by an optical lens. Image) is converted into an electronic image, and the photoelectron force emitted electron image is converted to M by an electron lens.
  • Imaged on CP microchannel plate
  • a deflector between the electron lens and the MCP moves the imaging position of the electron image, and the MCP performs electronic shattering and amplification.
  • the electronic image is converted into an optical image and captured by the CCD.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 11-225288 (Pages 1-8, Fig. 2-7, 15-20)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 3-210812 (Pages 1, 3-5, 2, 6, 7)
  • the number of CCD cells typified by a storage CCD is limited due to the arrangement on the chip. Therefore, there is a limit to the number of shots.
  • the shooting rate is as short as l / zs, as in the case of high-speed imaging with a shooting speed of 1.
  • a captured image is defined as a frame, and a time interval for each frame is defined as an imaging cycle.
  • the reciprocal of the shooting period is defined as the shooting speed.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an imaging apparatus capable of dealing with various imaging modes.
  • a plurality of image sensors are provided, and each image sensor and an image conversion tube are provided.
  • the image forming positions are configured to correspond one-to-one. Then, (A) control to move to another imaging position after imaging at the same imaging position in a predetermined number of frames, (B) control to move to another imaging position at a shooting interval of a predetermined time interval Control of at least one of them may be performed. It was found that by controlling in this way, it is possible to cope with various imaging modes such as long-time imaging without changing the structure of the imaging device itself.
  • the present invention based on such knowledge has the following configuration.
  • the imaging apparatus of the present invention is an imaging apparatus that performs imaging, and converts a plurality of imaging elements that perform imaging by generating signal charges according to the intensity of the light by converting incident light into charges, and an optical device.
  • the image is converted into an electronic image, the imaging position of the electronic image is moved, the converted electronic image is converted again into an optical image, and then the converted optical image is used as the incident light as the incident light.
  • An image conversion tube configured to be incident on the imaging device, and configured such that each imaging device and each imaging position correspond to each other in a one-to-one correspondence, and the imaging device includes (A) At least one of control for moving to another imaging position after forming an image at the same imaging position with a predetermined number of frames, and (B) control for moving to another imaging position at a shooting interval of a predetermined time interval It is characterized by comprising control means for performing one control.
  • the image conversion tube and the plurality of imaging elements are provided.
  • the image conversion tube converts an optical image into an electronic image, moves the imaging position of the electronic image, converts the imaged electronic image into an optical image again, and then converts the converted optical image.
  • the image is incident on the image sensor as incident light.
  • Each imaging element and the image forming position in the image conversion tube are configured to have a one-to-one correspondence. Furthermore, (A) control to move to another imaging position after imaging at the same imaging position in a predetermined number of frames, (B) control to move to another imaging position at a shooting interval of a predetermined time interval Control means for performing control of at least one of the above.
  • the image is moved to another imaging position where there is no obstacle, and the image of the destination is moved. It is possible to switch to another image sensor corresponding to the position one to one.
  • various imaging modes can be handled without changing the structure of the imaging device itself.
  • the shooting speed is 100,000 frames or more Z seconds or more.
  • the top is "High-speed shooting".
  • control means may perform only the control of (A) or control only the control of (B).
  • the means can be V, and the control means can do both (A) and (B)! ,.
  • the imaging apparatus is one of the imaging elements defined by the control of at least one of (A) and (B) and the number of charge storage means for storing and storing signal charges. It is preferable to provide a switching means for switching between the control for imaging at the same imaging position with a predetermined number of frames per hit.
  • the control to form an image at the same imaging position with a predetermined number of frames per image sensor defined by the number of charge storage means for accumulating and storing signal charges is performed when a single image sensor is provided.
  • the control in the so-called “normal shooting mode” can be switched freely between at least one of the controls (A) and (B) and the control in the normal shooting mode by providing a switching means.
  • the general versatility is enhanced by adding a normal shooting mode to various imaging modes.
  • One example of these inventions described above is the same in a predetermined number of frames per image sensor defined by the number of charge storage means for storing and storing signal charges as the control of (A).
  • the control to move to another imaging position after forming an image at the imaging position is repeatedly performed for each image sensor corresponding to the imaging position on a one-to-one basis.
  • new imaging is performed with an image sensor that has a one-to-one correspondence with the imaging position of the destination. It can be carried out . Then, it is possible to perform shooting for a long time by the number of imaging elements.
  • the number of each imaging element corresponding one-to-one with the imaging position is n, and the time interval for each number of shots at the same imaging position is t.
  • the control to move to another imaging position at the imaging cycle tZn is repeatedly performed for each image sensor as the control of (B). 4).
  • the imaging cycle is shortened by lZn with the number n of image sensors as the denominator. High-speed imaging can be performed.
  • the imaging device converts the incident light into an electric charge.
  • Photoelectric conversion means for generating signal charges corresponding to the intensity of light is provided.
  • An example of the photoelectric conversion means is a photodiode. If such a photoelectric conversion means is provided, build the image sensor as follows.
  • the image sensor is constructed as a “pixel peripheral recording image sensor”.
  • the charge storage means is arranged so that a wasteful vacant space is not generated on the chip on which the photoelectric conversion means and the charge storage means are arranged by making the line-shaped charge storage means oblique. Can be packed.
  • a typical image sensor is a CCD solid-state image sensor.
  • the image conversion tube and the plurality of image sensors are provided, and each image sensor and the imaging position in the image conversion tube are configured to correspond one-to-one. . Then, (A) control to move to another imaging position after imaging at the same imaging position with a predetermined number of frames, and (B) move to another imaging position with a shooting period of a predetermined time interval.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an imaging apparatus using a CCD solid-state imaging device (CCD) according to Examples 1 and 2.
  • CCD CCD solid-state imaging device
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a CCD according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the inside of an optical system including an image conversion tube according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between an imaging position of a microchannel plate (MCP) according to Examples 1 and 2 and a vertical Z horizontal position control voltage.
  • FIG. 5 is perpendicular to the imaging position of the microchannel plate (MCP) according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 6 is a timing chart of an image formation position and frame output according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart of an imaging position of an electronic image and a frame output according to Embodiment 2.
  • FIG. 8 is a timing chart combining Example 1 and a normal shooting mode.
  • FIG. 9 is a timing chart combining Example 2 and a normal shooting mode.
  • CCD type solid-state imaging device CCD
  • FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an image pickup apparatus using a CCD solid-state image pickup device (CCD) according to Example 2 described later.
  • FIG. 2 shows the configuration of the CCD according to Examples 1 and 2.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the inside of the optical system including the image conversion tube according to the first and second embodiments.
  • FIG. 4 is a microchannel according to the first and second embodiments.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the relationship between the imaging position of the plate (MCP) and the vertical Z horizontal position control voltage, and FIG. 5 shows the vertical relationship with the imaging position of the microchannel plate (MCP) according to Examples 1 and 2.
  • 4 is a timing chart showing a relationship with a Z horizontal position control voltage.
  • the first embodiment is an example of the control (A) in the present invention, as will be apparent from the reason described later.
  • the imaging apparatus captures an optical image of a subject.
  • the captured optical image is converted into a signal charge and converted into an electrical signal to image a subject.
  • the imaging apparatus includes a solid-state imaging device (CCD) 1, an optical system 2, a correlated double sampling unit 3, an AD comparator 4, an image processing calculation unit 5, and a monitor 6. And an operation unit 7 and a control unit 8.
  • the imaging device includes an image sensor driving circuit 9a and an image conversion tube driving circuit 9b.
  • the imaging apparatus imaging speed is used as a high-speed imaging 1. OX 10 6 frames / sec (1, 000, 000 frames / sec).
  • the solid-state image sensor (CCD) 1 corresponds to the image sensor in this invention.
  • the optical system 2 includes two lenses 2a and 2b and an image conversion tube 2c.
  • the lens 2a on the subject side captures an optical image of the subject.
  • the image conversion tube 2c is also referred to as a “streak tube”, converts the optical image captured by the lens 2a into an electronic image, converts it into an electronic image, and converts it into an optical image.
  • the lens 2b at the rear stage of the image conversion tube 2c captures the optical image output from the image conversion tube 2c.
  • the image conversion tube 2c corresponds to the image conversion tube in the present invention.
  • the correlated double sampling unit 3 amplifies the signal charge from the CCD 1 with low noise, converts it into an electric signal, and takes it out.
  • the AD converter 4 converts the electrical signal into a digital signal.
  • the image processing calculation unit 5 performs various calculation processes to create a two-dimensional image of the subject based on the electrical signal digitized by the AD converter 4.
  • the monitor 6 outputs the 2D image to the screen.
  • the operation unit 7 performs various operations necessary for execution of imaging.
  • the control unit 8 performs overall control of the entire apparatus in accordance with operations such as shooting conditions set by the operation unit 7.
  • the image sensor driving circuit 9a applies a voltage to a later-described readout gate 14 (see FIG. 2) and a transfer electrode for transferring signal charges in the CCD 1, Generates application timing, imaging timing, and clock (clock frequency in Fig. 4).
  • the image conversion tube drive circuit 9b applies a vertical position control voltage (see FIGS. 4 and 5) to a vertical deflection plate 23 (see FIG. 3) described later. Apply a horizontal position control voltage (see FIGS. 4 and 5) to a horizontal deflection plate 24 (see FIG.
  • the image conversion tube drive circuit 9b corresponds to the control means in this invention.
  • the CCD 1 converts the incident light (optical image of the subject) into charges, thereby generating a signal charge corresponding to the intensity of the light, and a photodiode 11
  • the photodiode 11 corresponds to the photoelectric conversion means in the present invention
  • the storage CCD 12 and the vertical transfer CCD 13 correspond to the charge storage means in the present invention.
  • a readout gate 14 is provided beside each photodiode 11, and each readout gate 14 reads signal charges from the photodiode 11 to the storage CCD 12 adjacent thereto.
  • Each storage CCD 12 is configured to be connected in a line, and a plurality of line storage CCDs 12 are provided.
  • the signal charge generated from the photodiode 11 is stored in each storage CCD 12 while being sequentially transferred to the adjacent storage CCD 12. Then, the signal charges sequentially transferred from the storage CCD 12 are merged into the vertical transfer CCD 13. This signal charge transferred from the vertical transfer CCD 13 is transferred to the horizontal transfer CCD 15.
  • the photodiodes 11 are two-dimensionally arranged, and the linear storage CCDs 12 extend in an oblique direction because the photodiodes 11 are arranged in parallel in the horizontal and vertical directions.
  • the CCD 1 according to the first embodiment including the second embodiment to be described later is a so-called “pixel peripheral recording type image pickup device”.
  • the overall configuration of CCD1 is the same as before.
  • the imaging apparatus includes eight CCDs 1.
  • FIG. 3 for convenience of drawing, only four CCDs 1 are shown, and only four imaging positions corresponding to the CCDs 1 are shown.
  • the image conversion tube 2c of the optical system 2 includes a photocathode 21, an electron lens 22, a vertical deflection plate 23, a horizontal deflection plate 24, and a microchannel plate (MCP) 25 in order of the subject M side force. And a phosphor screen 26.
  • MCP microchannel plate
  • the optical image I ⁇ of the subject M captured by the lens 2a is converted into an electronic image M.
  • the image is formed on the MCP25 by 2 2nd 22nd.
  • the image formation position P of the electronic image M is set to P, P, P, P, P
  • the imaged electronic image M is converted again into an optical image on the fluorescent screen 26.
  • 1 to P are configured to correspond one-to-one 8
  • FIG. 3 shows only four CCD1.
  • the vertical deflection plate 23 displays the electronic image M in the vertical direction.
  • the horizontal deflection plate 24 deflects the electronic image M horizontally.
  • the two electrode forces are also applied, and horizontal deflection is performed by applying a horizontal position control voltage to the horizontal deflection plate 24.
  • the horizontal position control voltages are H and H, respectively.
  • Vertical deflection plate 23 (see Fig. 3)
  • the electronic image M is in the center of the MCP25 when no voltage is applied!] (Ie, the vertical position control voltage and the horizontal position control voltage are both 0V).
  • V 1500V
  • the image conversion tube drive circuit 9b switches the vertical position control voltages V to V and the horizontal position control voltages H and H to change the vertical position.
  • the image is formed at a position away from the central partial force of MCP25 (here, the upper side as viewed from the drawing in FIG. 4), and as the negative value of the vertical position control voltage increases from V to V,
  • the image is formed at a position apart from the central partial force of MCP25 (here, the lower side when viewed from the drawing in Fig. 4).
  • the horizontal position control voltage is H
  • the image is formed on the left side as viewed from the drawing in FIG. 4 when the horizontal position control voltage is H
  • the horizontal position control voltage is H
  • the image is shown in FIG.
  • the image is formed on the right side when viewed from the surface.
  • the image formation position moves in the order of P ⁇ P ⁇ P ⁇ P ⁇ P ⁇ P ⁇ P ⁇ P ⁇ P ⁇ P.
  • FIG. 6 is a timing chart of the imaging position of the electronic image and the frame output according to the first embodiment.
  • the shooting speed is 1. OX 10 6 frames / second (1,000,000 frames / second), that is, the shooting cycle T is 1 sZ frame (1 sZF in FIG. 6).
  • the number of frames taken per CCD1 which is defined by the total number of CCD cells in CCD12 and CCD13 for vertical transfer, is 100. Therefore, 100 frames of image are continuously captured by the single CCD 1 every imaging cycle T.
  • the subscript X of the frame output F indicates the number of frames. For example, F indicates the first frame and F indicates 100 frames. The first eye is shown.
  • the same imaging position in 100 frames which is the number of frames taken per CCD1, defined by the total number of CCD cells in the storage CCD 12 and the vertical transfer CCD 13.
  • the control to move to another imaging position after imaging is performed repeatedly for each CCD 1 corresponding to the imaging position on a one-to-one basis.
  • Imaging position P After imaging at the same imaging position P and taking 100 frames of CCD1 images (see F to F in Fig. 6), move to the next imaging position P and the same at 100 frames. Imaging position
  • the image is formed on device P and imaged with CCD1 for 100 frames (see F to F in Fig. 6).
  • Imaging with CCD1 for 100 frames after imaging at imaging position P (F in Fig. 6)
  • the image conversion tube 2c and a plurality of CCD1 (here, eight CCD1) are provided.
  • the image conversion tube 2c converts the optical image into an electronic image, moves the image position of the electronic image, converts the formed electronic image into an optical image again, and then converts the converted optical image. Is incident on the CCD 1 as incident light.
  • Each CCD 1 and the imaging position in the image conversion tube 2c are configured to correspond one-to-one (here, the imaging position P)).
  • a predetermined number of frames (here, the CCD 1 for storage)
  • An image conversion tube drive circuit 9b that controls to move to another image formation position after forming an image at the same image formation position (100 frames).
  • the same number of 100 frames which is the number of frames taken per CCD1, defined by the total number of CCD cells of the storage CCD 12 and the vertical transfer CCD 13 is the same.
  • Control of moving to another imaging position after forming an image at the imaging position is repeatedly performed for each CCD 1 corresponding to the imaging position on a one-to-one basis.
  • new imaging is performed with the CCD 1 that corresponds one-to-one to the imaging position of the destination.
  • FIG. 7 is a timing chart of an image formation position and frame output according to the second embodiment.
  • the optical system including the imaging device, the CCD, and the image conversion tube has the same configuration as that of the first embodiment and is the same as that shown in FIGS.
  • the time-series changes of the imaging position and frame output in the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the second embodiment is an example of the control (B) in the present invention, as will be apparent from the reason described later.
  • the number of CCDs 1 corresponding one-to-one with the imaging position is n
  • the time interval for each number of shots at the same imaging position is t
  • the imaging cycle T is tZn.
  • the number n of CCD1 is 8 as in Example 1
  • the number of frames taken per CCD1 defined by the total number of CCD cells of CCD12 for storage and CCD13 for vertical transfer is 100 as in Example 1.
  • the clock frequency output from the image sensor drive circuit 9a (see Fig. 1) is assumed to be 16 MHz as in Example 1, and the imaging cycle T, the imaging position of the electronic image, and the frame output are synchronized with the clock frequency. To do.
  • one CCD1 captures one frame repeatedly as follows.
  • the imaging position P force also moves to the next imaging position P.
  • the shooting time is 0.625.
  • the shooting time is 0.875 / ⁇ 3 ⁇ ⁇ ⁇ Take the image with the CCD1 that has a one-to-one correspondence with the imaging position ⁇ (see F in Fig. 7) in one frame until 7), and move to the next imaging position ⁇
  • the image conversion tube 2c and the plurality of CCDs 1 are identical to the imaging apparatus described above, as in the first embodiment, the image conversion tube 2c and the plurality of CCDs 1
  • each CCD 1 and the imaging position in the image conversion tube 2c are configured to have a one-to-one correspondence (here, imaging positions P to P).
  • the 1S photo diode has been described by taking a photodiode as an example as a function of photoelectric conversion that generates a signal according to the intensity of light by converting incident light into electric charge.
  • a gate may be used instead.
  • the “pixel peripheral recording type image pickup device” using the oblique CCD has been described as an example.
  • the linear storage CCD is configured to extend in the vertical direction.
  • the present invention can also be applied to image pickup devices that have been selected or storage devices that are configured with a matrix-type storage CCD. can do.
  • the number of CCDs is eight, but the number is not limited to eight as long as the number corresponds to the image formation position on a one-to-one basis. Therefore, an image sensor represented by a CCD may be provided in accordance with the number of imaging positions in the image conversion tube.
  • each image sensor per one image sensor (CCD1 in each embodiment) defined by the total number of charge storage means (in each embodiment, storage CCD12 and vertical transfer CCD13).
  • the so-called ⁇ normal shooting mode '' in the case of control with which a predetermined number of frames (100 frames in each embodiment) form an image at the same imaging position, that is, when a single image sensor (each embodiment CCD1) is provided
  • the image conversion tube drive circuit 9b may perform the function of the switching means.
  • FIG. 8 is a timing chart in which the first embodiment and the normal shooting mode are combined.
  • FIG. 9 is a timing chart in which the second embodiment and the normal shooting mode are combined. 8 and 9, the normal shooting mode is shown as M. In both of Fig. 8 and Fig. 9, in the normal shooting mode, the shooting cycle T is set to 1 ⁇ s / frame.
  • each imaging device (each implementation) defined by the total number of charge storage means (the storage CCD 12 and the vertical transfer CCD 13 in each embodiment).
  • each imaging device (one-to-one correspondence with the imaging position) is controlled to move to another imaging position after imaging at the same imaging position with a predetermined number of frames per CCD1).
  • the predetermined number is an image sensor defined by the number of charge storage means ( In each embodiment, the number of frames per CCD1) need not be.
  • each CCD Set a predetermined number for each 1 (eg, 100 frames for a CCD that has a one-to-one correspondence with the imaging position 1 ⁇ , 80 frames for a CCD that has a one-to-one correspondence with the imaging position P).
  • the control of (B) is performed repeatedly for each CCD.
  • the control to move to another imaging position at the imaging period t may be performed only once with only one CCD.
  • the specific control of (B) is not particularly limited as long as it is controlled to move to another imaging position at an imaging cycle of a predetermined time interval.
  • the present invention can be applied to any imaging method.
  • the king has IL (Interline) method, FT (Frame Transfer) method, FFT (Full Frame Transfer) method, FIT (Frame Interline Transfer) method and so on.
  • IL Interline
  • FT Full Transfer
  • FFT Full Frame Transfer
  • FIT Fluorescence Interline Transfer

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Abstract

　イメージ変換管２ｃと複数の撮像素子ＣＣＤ１（ここでは８つのＣＣＤ１）とを備え、各々のＣＣＤ１とイメージ変換管２ｃ内における結像位置とが一対一で対応するように構成する。そして、所定枚数のフレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御、所定時間間隔の撮影周期で別の結像位置に移動する制御のうちの少なくとも１つの制御を行うことで、ＣＣＤ１自体の構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。

Description

明 細 書
撮像装置
技術分野
[0001] この発明は、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発 生させて撮像を行う撮像素子を備えた撮像装置に関する。
背景技術
[0002] この種の撮像素子として、例えば CCD(Charge Coupled Device)型固体撮像素子が ある。近年、力かる CCD型固体撮像素子（以下、『CCD』と略記する）において、高 速撮像を可能にするために、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた 信号電荷を発生させる光電変換部 (例えばフォトダイオード)の傍らに、光電変換部 力も発生した信号電荷を蓄積して記憶する複数の電荷蓄積部 (例えば蓄積用 CCD) を備える素子がある（例えば、特許文献 1参照)。この撮像素子では光電変換部ゃ電 荷蓄積部をチップ上に配設して 、る。
[0003] 近年では、『画素周辺記録型撮像素子』と呼ばれる CCDを採用している。この CC Dについて、図 2を参照して説明する。図 2に示すように、 CCD1は、上述したフォトダ ィオード 11と蓄積用 CCD12とを複数個備えるとともに、これら蓄積用 CCD12内の 信号電荷を図 2に示す垂直方向に転送する垂直転送用 CCD 13とを備えて ヽる。そ して、フォトダイオード 11からそれに隣接した蓄積用 CCD12へ信号電荷を読み出す 読み出しゲート 14を各フォトダイオード 11の傍らにそれぞれ配設して!/、る。その他に 、垂直転送用 CCD13から転送された信号電荷を図 2に示す水平方向に転送する水 平転送用 CCD15を備えている。
[0004] この『画素周辺記録型撮像素子』では、ライン状の蓄積用 CCD12は斜め方向に延 びて 、る。このように斜め方向にすることでチップ上に無駄な空地が生じな 、ようにじ CDセルを詰め込むことができる。
[0005] ところで、かかる撮像素子の前段には、電子的なシャツタおよび増幅を行うためにィ メージ変換管を撮像装置内に組み込んでいる (例えば、特許文献 2参照)。イメージ 変換管は、「ストリーク管」とも呼ばれ、光学レンズで光電面に結像された入力像 (光 学像）は電子像に変換され、光電面力 放出された電子像は電子レンズによって M
CP (マイクロチャネルプレート）上に結像される。電子レンズと MCPとの間にある偏向 板は電子像の結像位置を移動させ、 MCPは電子的なシャツタおよび増幅を行う。蛍 光面では電子像は光学像に変換され、 CCDによって撮像される。
特許文献 1 :特開平 11— 225288号公報 (第 1—8頁、図 2— 7, 15— 20) 特許文献 2 :特開平 3— 210812号公報 (第 1, 3— 5頁、第 2, 6, 7図）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、蓄積用 CCDなどに代表される CCDセルの数は、チップ上に配設す る関係上、限られている。したがって、撮影枚数に制限がある。特に、例えば撮影速 度が 1. O X 106フレーム/秒（1, 000, 000フレーム/秒）の高速撮像のように撮影 周期が l /z sと短い場合には、一般のビデオレートのように撮影周期が長い (例えば 1 ms以上)場合と比較すると、撮影時間が短くなつてしまい、長時間の撮影を行うこと ができない。例えば、蓄積用 CCDの数が 100個の場合で撮影周期が： sの場合に は、 100個 X I /z s/個 = 100 3の撮影時間となる。このように、蓄積素子の数が制 限されて ヽるので、撮影時間の制限に代表されるように様々な撮像態様に対応でき ないという問題がある。なお、本明細書中では、撮像した画像をフレームと定義づけ るとともに、各フレーム毎の時間間隔を撮影周期と定義づける。また、撮影周期の逆 数を撮影速度と定義づける。
[0007] この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、様々な撮像態様に対 応することができる撮像装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得 た。
[0009] すなわち、撮像素子自体の構造を変えずに周辺の構造について着目してみた。そ こで、上述した特許文献 2のようにイメージ変換管に着目してみて、イメージ変換管に 関連して撮像素子を構成することに発想を変えてみた。
[0010] 具体的には、撮像素子を複数備えて、各々の撮像素子とイメージ変換管内におけ る結像位置とが一対一で対応するように構成する。そして、（A)所定枚数のフレーム で同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御、（B)所定時間 間隔の撮影周期で別の結像位置に移動する制御のうちの少なくとも 1つの制御を行 えばよい。このように制御すれば、撮像素子自体の構造を変えずに、長時間の撮影 を行うことができるなどのように様々な撮像態様に対応することができると 、う知見を 得た。
[0011] このような知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。
すなわち、この発明の撮像装置は、撮像を行う撮像装置であって、入射光を電荷に 変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させて撮像を行う複数の撮像 素子と、光学像を電子像に変換して、その電子像の結像位置を移動させて、結像さ れた電子像を光学像に再度変換した後に、その変換された光学像を前記入射光とし て前記撮像素子に入射するように構成されたイメージ変換管とを備えるとともに、各 々の撮像素子と各々の前記結像位置とが一対一で対応するように構成し、前記撮像 装置は、 (A)所定枚数のフレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結像位 置に移動する制御、（B)所定時間間隔の撮影周期で別の結像位置に移動する制御 のうちの少なくとも 1つの制御を行う制御手段を備えることを特徴とするものである。
[0012] この発明の撮像装置によれば、イメージ変換管と複数の撮像素子とを備える。ィメ ージ変換管は、光学像を電子像に変換して、その電子像の結像位置を移動させて、 結像された電子像を光学像に再度変換した後に、その変換された光学像を入射光と して撮像素子に入射するように構成されている。そして、各々の撮像素子とイメージ 変換管内における結像位置とが一対一で対応するように構成する。さらに、（A)所定 枚数のフレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御 、 (B)所定時間間隔の撮影周期で別の結像位置に移動する制御のうちの少なくとも 1つの制御を行う制御手段を備える。このような制御手段を備えることで、撮像態様に 応じて撮像素子による撮像に支障を来たした場合には、支障を来たしていない別の 結像位置に移動して、その移動先の結像位置に一対一に対応した別の撮像素子に 切り替えることができる。その結果、撮像素子自体の構造を変えずに、様々な撮像態 様に対応することができる。本明細書中では、撮影速度が 100, 000フレーム Z秒以 上を『高速撮影』とする。
[0013] 上述した発明において、前記 (A)、 （B)の少なくとも 1つの制御を行う例として、 (A) の制御のみを制御手段は行ってもよいし、 (B)の制御のみを制御手段は行ってもよ V、し、 (A)および (B)の制御の両方を制御手段は行ってもよ！、。
[0014] 上述した発明において、撮像装置は、前記 (A)、 （B)の少なくとも 1つの制御と、信 号電荷を蓄積して記憶する電荷蓄積手段の数によって規定される撮像素子の 1つ当 たりの所定枚数のフレームで同一の結像位置に結像させる制御とのいずれかを切り 替える切替手段を備えるのが好まし 、。信号電荷を蓄積して記憶する電荷蓄積手段 の数によって規定される撮像素子の 1つ当たりの所定枚数のフレームで同一の結像 位置に結像させる制御は、単体の撮像素子を備えた場合での、いわゆる「通常の撮 影モード」での制御であって、切替手段を備えることで前記 (A)、 （B)の少なくとも 1 つの制御と通常の撮影モードでの制御とを自在に切り替えて、様々な撮像態様に通 常の撮影モードを加えて汎用性が高くなる。
[0015] 上述したこれらの発明の一例は、（A)の制御として、信号電荷を蓄積して記憶する 電荷蓄積手段の数によって規定される撮像素子の 1つ当たりの所定枚数のフレーム で同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御を、結像位置に 一対一で対応した各々の撮像素子毎に繰り返して行うことである。上述した所定枚数 のフレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動することで、そ の移動先の結像位置に一対一に対応した撮像素子で新たに撮像を行うことができる 。そして、撮像素子の数の倍だけ長時間の撮影を行うことができる。
[0016] 上述したこれらの発明の他の一例は、結像位置に一対一で対応した各々の撮像素 子の個数を nとし、同一の結像位置での各撮影枚数毎の時間間隔を tとし、撮影周期 を tZnとしたとき〖こ、（B)の制御として、撮影周期 tZnで別の結像位置に移動する制 御を、各々の撮像素子毎に繰り返して行うことである（請求項 4に記載の発明）。上述 した撮影周期 tZnで別の結像位置に移動する制御を、各々の撮像素子毎に繰り返 して行うことで、撮像素子の数 nを分母とした lZn分だけ撮影周期を短縮させて、高 速撮像を行うことができる。
[0017] 上述したこれらの発明において、撮像素子は、入射光を電荷に変換することでその 光の強度に応じた信号電荷を発生させる光電変換手段を備える。また、光電変換手 段の一例はフォトダイオードである。このような光電変換手段を備えた場合にぉ 、て、 撮像素子を下記のように構築してょ 、。
[0018] すなわち、光電変換手段、および信号電荷を蓄積して記憶する電荷蓄積手段を複 数個備え、各電荷蓄積手段のそれぞれをライン状に接続して構成するとともに、光電 変換手段力も発生した信号電荷を、隣接する電荷蓄積手段に順次転送しながら各 電荷蓄積手段に蓄積するように構成し、各光電変換手段の並びに対して斜め方向 にライン状の電荷蓄積手段が延びるように構成する。このように構成することで、撮像 素子は「画素周辺記録型撮像素子」として構築される。この画素周辺記録型撮像素 子では、ライン状の電荷蓄積手段を斜め方向にすることで、光電変換手段および電 荷蓄積手段を配設したチップ上に無駄な空地が生じないように電荷蓄積手段を詰め 込むことができる。
[0019] また、代表的な撮像素子は CCD型固体撮像素子である。
発明の効果
[0020] この発明に係る撮像装置によれば、イメージ変換管と複数の撮像素子とを備え、各 々の撮像素子とイメージ変換管内における結像位置とが一対一で対応するように構 成する。そして、（A)所定枚数のフレームで同一の結像位置に結像させた後に別の 結像位置に移動する制御、（B)所定時間間隔の撮影周期で別の結像位置に移動す る制御のうちの少なくとも 1つの制御を行う制御手段を備えることで、撮像素子自体の 構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。
図面の簡単な説明
[0021] [図 1]実施例 1, 2に係る CCD型固体撮像素子 (CCD)を用いた撮像装置の概略を 示すブロック図である。
[図 2]実施例 1, 2に係る CCDの構成を示すブロック図である。
[図 3]実施例 1, 2に係るイメージ変換管を含んだ光学系の内部を模式的に示す斜視 図である。
[図 4]実施例 1, 2に係るマイクロチャネルプレート（MCP)の結像位置と垂直 Z水平 位置制御電圧との関係を示す概略図である。 [図 5]図 5は、実施例 1, 2に係るマイクロチャネルプレート（MCP)の結像位置と垂直
Z水平位置制御電圧との関係を示すタイミングチャートである。
[図 6]実施例 1に係る電子像の結像位置およびフレーム出力のタイミングチャートであ る。
[図 7]実施例 2に係る電子像の結像位置およびフレーム出力のタイミングチャートであ る。
[図 8]実施例 1と通常の撮影モードとを組み合わせたタイミングチャートである。
[図 9]実施例 2と通常の撮影モードとを組み合わせたタイミングチャートである。
符号の説明
[0022] 1 … CCD型固体撮像素子 (CCD)
2c … イメージ変換管
9b … イメージ変換管駆動回路
11 … フォトダイオード
12 … 蓄積用 CCD
13 … 垂直転送用 CCD
T, t/n … 撮影周期
P
1〜P
8 … 結像位置
実施例 1
[0023] 以下、図面を参照してこの発明の実施例 1を説明する。
図 1は、実施例 後述する実施例 2に係る CCD型固体撮像素子 (CCD)を用いた 撮像装置の概略を示すブロック図であり、図 2は、実施例 1, 2に係る CCDの構成を 示すブロック図であり、図 3は、実施例 1, 2に係るイメージ変換管を含んだ光学系の 内部を模式的に示す斜視図であり、図 4は、実施例 1, 2に係るマイクロチャネルプレ ート (MCP)の結像位置と垂直 Z水平位置制御電圧との関係を示す概略図であり、 図 5は、実施例 1, 2に係るマイクロチャネルプレート（MCP)の結像位置と垂直 Z水 平位置制御電圧との関係を示すタイミングチャートである。なお、本実施例 1では、後 述する理由から明らかなように、この発明における (A)の制御の一例である。
[0024] 後述する実施例 2も含めて、実施例 1に係る撮像装置は、被写体の光学像を取り込 み、取り込まれた光学像を信号電荷に変換するとともに電気信号に変換して被写体 を撮像するように構成されている。すなわち、撮像装置は、図 1に示すように、固体撮 像素子 (CCD) 1を備えるとともに、光学系 2と相関二重サンプリング部 3と ADコンパ ータ 4と画像処理演算部 5とモニタ 6と操作部 7と制御部 8とを備えている。さらに、撮 像装置は、撮像素子駆動回路 9aとイメージ変換管駆動回路 9bとを備えている。この 撮像装置は、撮影速度が 1. O X 106フレーム/秒（1, 000, 000フレーム/秒)の高 速撮像として用いられる。固体撮像素子 (CCD) 1は、この発明における撮像素子に 相当する。
[0025] 光学系 2は、 2つのレンズ 2a、 2bとイメージ変換管 2cとを備えている。被写体側のレ ンズ 2aは、被写体の光学像を取り込む。イメージ変換管 2cは、「ストリーク管」とも呼 ばれ、レンズ 2aで取り込まれた光学像を電子像に変換して、電子的なシャツタおよび 増幅を行った後に、光学像に変換する。イメージ変換管 2cの後段にあるレンズ 2bは 、イメージ変換管 2cで出力された光学像を取り込む。イメージ変換管 2cは、この発明 におけるイメージ変換管に相当する。
[0026] 相関二重サンプリング部 3は、 CCD1からの信号電荷を低雑音に増幅して電気信 号に変換して取り出す。 ADコンバータ 4は、その電気信号をディジタル信号に変換 する。画像処理演算部 5は、 ADコンバータ 4でディジタル化された電気信号に基づ いて被写体の 2次元画像を作成するために各種の演算処理を行う。モニタ 6は、その 2次元画像を画面に出力する。操作部 7は、撮像の実行に必要な種々の操作を行う 。制御部 8は、操作部 7により設定された撮影条件などの操作にしたがって装置全体 を統括制御する。
[0027] 撮像素子駆動回路 9aは、 CCD1内部を駆動するために、後述する読み出しゲート 14 (図 2を参照）や、 CCD1内の信号電荷を転送する転送電極に電圧を印加して、 電圧の印加のタイミングや撮像のタイミングやクロック（図 4ではクロック周波数)などを 生成する。イメージ変換管駆動回路 9bは、イメージ変換管 2c内部を駆動するために 、後述する垂直偏向板 23 (図 3を参照）に垂直位置制御電圧（図 4、図 5を参照）を印 加するとともに、後述する水平偏向板 24 (図 3を参照）に水平位置制御電圧（図 4、図 5を参照）を印加して、撮像素子駆動回路 9aからのクロックに同期して上述した垂直 位置制御電圧や水平位置制御電圧の印加のタイミングなどを生成する。イメージ変 換管駆動回路 9bは、この発明における制御手段に相当する。
[0028] 次に、 CCD1は、図 2に示すように、入射光 (被写体の光学像)を電荷に変換するこ とでその光の強度に応じた信号電荷を発生させるフォトダイオード 11と、そのフォトダ ィオード 11から発生した信号電荷を蓄積して記憶する複数の蓄積用 CCD12と、こ れら蓄積用 CCD 12内の信号電荷を図 2に示す垂直方向に転送する垂直転送用 C CD13とを備えている。フォトダイオード 11は、この発明における光電変換手段に相 当し、蓄積用 CCD12および垂直転送用 CCD13は、この発明における電荷蓄積手 段に相当する。
[0029] 各フォトダイオード 11の傍らには読み出しゲート 14をそれぞれ配設しており、このフ オトダイオード 11からそれに隣接した蓄積用 CCD12へ各読み出しゲート 14は信号 電荷を読み出す。
[0030] 各蓄積用 CCD12についてはそれぞれをライン状に接続して構成しており、ライン 状の蓄積用 CCD12を複数本分配設している。フォトダイオード 11から発生した信号 電荷を、隣接する蓄積用 CCD12に順次に転送しながら各蓄積用 CCD12に蓄積す る。そして、蓄積用 CCD12から順次に転送された信号電荷を垂直転送用 CCD13 に合流させる。垂直転送用 CCD13から転送されたこの信号電荷を水平転送用 CC D15に転送する。
[0031] フォトダイオード 11を 2次元状に配置しており、水平および垂直方向に平行して各 フォトダイオード 11を並べて配設する関係上、ライン状の蓄積用 CCD12は斜め方向 に延びている。後述する実施例 2も含めて本実施例 1に係る CCD1は、いわゆる『画 素周辺記録型撮像素子』と呼ばれているものである。なお、 CCD1の全体構成につ いては従来と同じである。
[0032] 後述する実施例 2も含めて本実施例 1に係る撮像装置では、 CCD1を 8つ備えてい る。 なお、図 3では図面の便宜上、 CCD1を 4つのみ図示するとともに、それに一対 一で対応する結像位置も 4つのみ図示する。図 3に示すように、光学系 2のイメージ 変換管 2cは、被写体 M側力も順に、光電面 21と電子レンズ 22と垂直偏向板 23と水 平偏向板 24とマイクロチャネルプレート（MCP) 25と蛍光面 26とを備えている。 [0033] イメージ変換管 2cでは、レンズ 2aで取り込まれた被写体 Mの光学像 I ^を電子像 M に変換する。具体的には、レンズ 2aで光電面 21に結像された光学像 Μ (入力像）
2 1 を光電面 21で電子像 Mに変換する。光電面 21から放出された電子像 Mを電子レ
2 2 ンズ 22によって MCP25上に結像する。 MCP25上に結像するまでに、垂直偏向板 23および水平偏向板 24によって、その電子像 Mの結像位置 Pを P， P， P， P， P
2 1 2 3 4
， P， P， P (図 3では P〜Pのみ図示）のいずれかに移動させる。 MCP25上に結
5 6 7 8 1 4
像された電子像 Mを蛍光面 26では光学像に再度変換する。その変換された光学像
2
を入射光 Optとしてレンズ 2bを介して CCD 1に入射する。
[0034] 各々の CCD1と各々の結像位置 P
1〜Pとが一対一で対応するように構成している 8
(図 3では CCD1を 4つのみ図示)。なお、垂直偏向板 23は、電子像 Mを垂直方向
2
に偏向させるための 2つの電極力もなり、垂直位置制御電圧を垂直偏向板 23に印加 することで垂直方向の偏向を行う。水平偏向板 24は、電子像 Mを水平方向に偏向
2
させるための 2つの電極力もなり、水平位置制御電圧を水平偏向板 24に印加するこ とで水平方向の偏向を行う。
[0035] 各々の結像位置 P〜Pを、図 4に示すように図示し、垂直位置制御電圧を V , V
1 8 1 2
, V , Vとして、水平位置制御電圧を H , Hとする。垂直偏向板 23 (図 3を参照）お
3 4 1 2
よび水平偏向板 24 (図 3を参照）ともに電圧を印力!]しない状態 (すなわち垂直位置制 御電圧および水平位置制御電圧がともに 0V)では、電子像 Mは MCP25の中央部
2
分に結像されるようにする。したがって、垂直位置制御電圧を V =— V V
1 4、 V =—
2 3 となるように設定するとともに、水平位置制御電圧を H = -Hとなるように設定する
1 2
のが好ましい。また、結像位置は垂直方向および水平方向ともに等間隔で並んでい るのが制御する意味においても好ましい。したがって、 V -V =V -V =v -vと
1 2 2 3 3 4 なるように設定するのが好ましぐ以上をまとめると、 V = 3 XV =— V =— 3 XVと
1 2 4 3 なるように設定するのが好ましい。例えば、 V = 1500V、V =H = 500V、V =H
1 2 1 3 2
=— 500V、V =— 1500Vと設定する。
4
[0036] 図 5に示すようなタイミングで、イメージ変換管駆動回路 9b (図 1を参照）は垂直位 置制御電圧 V〜Vおよび水平位置制御電圧 H , Hを切り替えて垂直
1 4 1 2 Z水平偏向 板 23, 24 (図 3を参照）に印加して制御すると、印加された電圧の大きさに応じて電 子像 Mの結像位置が移動する。垂直位置制御電圧が Vから Vへと大きくなるのに
2 2 1
したがって、 MCP25の中央部分力 離れた位置（ここでは図 4の図面から見て上側） で結像され、垂直位置制御電圧が Vから Vへと負の値が大きくなるのにしたがって、
3 4
MCP25の中央部分力 離れた位置 (ここでは図 4の図面から見て下側）で結像され る。また、水平位置制御電圧が Hでは MCP25の中央部分から、図 4の図面から見 て左側に結像され、水平位置制御電圧が Hでは MCP25の中央部分から、図 4の図
2
面から見て右側に結像される。
[0037] 図 4、図 5に示すように、垂直制御電圧が Vで水平制御電圧が Hのときには結像 位置は Pとなり、垂直制御電圧が Vで水平制御電圧が Hのときには結像位置は P
1 1 2 2 となり、垂直制御電圧が Vで水平制御電圧が Hのときには結像位置は Pとなり、垂
2 2 3 直制御電圧が Vで水平制御電圧が Hのときには結像位置は Pとなり、垂直制御電
2 1 4
圧が Vで水平制御電圧が Hのときには結像位置は Pとなり、垂直制御電圧が Vで
3 1 5 3 水平制御電圧が Hのときには結像位置は Pとなり、垂直制御電圧が Vで水平制御
2 6 4
電圧が Hのときには結像位置は Pとなり、垂直制御電圧が Vで水平制御電圧が H
2 7 4 1 のときには結像位置は Pとなる。したがって、図 5に示すタイミングチャートの場合に
8
は、 P→P→P→P→P→P→P→Pの順に結像位置が順に移動する。
1 2 3 4 5 6 7 8
[0038] 続いて、本実施例 1での結像位置およびフレーム出力の時系列変化について、図 6を参照して説明する。図 6は、実施例 1に係る電子像の結像位置およびフレーム出 力のタイミングチャートである。
[0039] 本実施例 1では、撮影速度が 1. O X 106フレーム/秒（1, 000, 000フレーム/秒 )、すなわち撮影周期 Tが 1 sZフレーム（図 6では 1 sZF)で、蓄積用 CCD12お よび垂直転送用 CCD13の CCDセルの合計数によって規定される CCD1の 1つ当た りの撮影フレーム数を 100とする。したがって、 1つの CCD1で 100フレーム分の撮像 が撮影周期 T毎に連続的に行われる。また、撮像素子駆動回路 9a (図 1を参照)から 出力されるクロック周波数を 16MHz (周期に換算すると 1 μ s/16 = 0. 0625 s = 62. 5ns)として、そのクロック周波数に撮影周期 Tや電子像の結像位置やフレーム 出力が同期するとして説明する。なお、図 6では、フレーム出力の Fの下付き添え字 の Xはフレーム数を示して、例えば Fは 1フレーム目を示すとともに、 F は 100フレ 一ム目を示す。
[0040] 図 6に示すように、蓄積用 CCD 12および垂直転送用 CCD 13の CCDセルの合計 数によって規定される CCD1の 1つ当たりの撮影フレーム数である 100フレームで同 一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御を、結像位置に一対 一で対応した各々の CCD1毎に繰り返して行う。図 6では、上述したように P→P→
1 2
P→P→P→P→P→Pの順に結像位置を移動させる。したがって、 100フレーム
3 4 5 6 7 8
で同一の結像位置 Pに結像させて 100フレーム分の CCD1での撮像（図 6の F〜F を参照）を行った後に次の結像位置 Pに移動して、 100フレームで同一の結像位
00 2
置 Pに結像させて 100フレーム分の CCD1での撮像（図 6の F 〜F を参照）を行
2 101 200 つた後に次の結像位置 Pに移動する。
3
[0041] 同様に、 100フレームで同一の結像位置 Pに結像させて 100フレーム分の CCD1
3
での撮像（図 6の F 、 100
201〜F を参照）を行った後に次の結像位置 Pに移動して
300 4
フレームで同一の結像位置 Pに結像させて 100フレーム分の CCD1での撮像（図 6
4
の F
301〜F を参照）を行った後に次の結像位置 Pに移動する。同様に、 100フレ 400 5
ームで同一の結像位置 Pに結像させて 100フレーム分の CCD1での撮像（図 6の F
5 4
〜F を参照）を行った後に次の結像位置 Pに移動して、 100フレームで同一の
01 500 6
結像位置 Pに結像させて 100フレーム分の CCD1での撮像（図 6の F
6 501〜F を参
600 照）を行った後に次の結像位置 Pに移動する。同様に、 100フレームで同一の結像 位置 Pに結像させて 100フレーム分の CCD1での撮像（図 6の F 〜F を参照）を
7 601 700 行った後に次の結像位置 Pに移動して、 100フレームで同一の結像位置 Pに結像
8 8 させて 100フレーム分の CCD1での撮像（図 6の F
701〜F を参照）を行う。
800
[0042] 上述した撮像装置によれば、イメージ変換管 2cと複数の CCD1 (ここでは 8つの CC D1)とを備える。イメージ変換管 2cは、光学像を電子像に変換して、その電子像の結 像位置を移動させて、結像された電子像を光学像に再度変換した後に、その変換さ れた光学像を入射光として CCD 1に入射するように構成されている。そして、各々の CCD1とイメージ変換管 2c内における結像位置とが一対一で対応するように構成す る（ここでは結像位置 P ) )所定枚数のフレーム (ここでは蓄積用 CCDl 2お
1〜P o (A
8
よび垂直転送用 CCD13の CCDセルの合計数によって規定される CCD1の 1つ当た りの撮影フレーム数である 100フレーム)で同一の結像位置に結像させた後に別の 結像位置に移動する制御を行うイメージ変換管駆動回路 9bを備える。このようなィメ ージ変換管駆動回路 9bを備えることで、撮像態様に応じて CCD1による撮像に支障 を来たした場合には、支障を来たしていない別の結像位置に移動して、その移動先 の結像位置に一対一に対応した別の CCD1に切り替えることができる。その結果、 C CD1自体の構造を変えずに、様々な撮像態様に対応することができる。
[0043] 本実施例 1では、（A)の制御として、蓄積用 CCD12および垂直転送用 CCD13の CCDセルの合計数によって規定される CCD1の 1つ当たりの撮影フレーム数である 100フレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御を 、結像位置に一対一で対応した各々の CCD1毎に繰り返して行っている。上述した 1 00フレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動することで、そ の移動先の結像位置に一対一に対応した CCD1で新たに撮像を行うことができる。 そして、 CCD1の数 (ここでは 8つ）の倍 (ここでは 8倍)だけ長時間の撮影を行うことが できる。
実施例 2
[0044] 次に、図面を参照してこの発明の実施例 2を説明する。
図 7は、実施例 2に係る電子像の結像位置およびフレーム出力のタイミングチャート である。なお、撮像装置、 CCDおよびイメージ変換管を含んだ光学系は、実施例 1と 同様の構成であり、図 1〜図 5と同様である。本実施例 2での結像位置およびフレー ム出力の時系列変化について、この図 7を参照して説明する。なお、本実施例 2では 、後述する理由から明らかなように、この発明における（B)の制御の一例である。
[0045] 本実施例 2では、結像位置に一対一で対応した各々の CCD1の個数を nとし、同一 の結像位置での各撮影枚数毎の時間間隔を tとし、撮影周期 Tを tZnとしたときに、 撮影周期 T( =tZn)で別の結像位置に移動する制御を、各々の CCD1毎に繰り返 して行う。 CCD1の個数 nは実施例 1と同様に 8つとして、蓄積用 CCD12および垂直 転送用 CCD13の CCDセルの合計数によって規定される CCD1の 1つ当たりの撮影 フレーム数を実施例 1と同様に 100とする。したがって、撮影周期 Tの間に 1つの CC D 1による 1フレーム分の撮像力CCD 1の個数 n ( = 8)だけ繰り返して行われる。また 、撮像素子駆動回路 9a (図 1を参照)から出力されるクロック周波数を実施例 1と同様 に 16MHzとして、そのクロック周波数に撮影周期 Tや電子像の結像位置やフレーム 出力が同期するとして説明する。
[0046] なお、同一の CCD1での各撮影枚数毎の時間間隔 tを実施例 1での撮影周期丁と 同じ時間間隔の 1 sとすると、 n=8なので時間間隔 tの 1Z8が撮影周期 Tとなる。し たがって、撮影周期 T=tZn=tZ8 = l s/8 = 0. 125 μ sとなる。
[0047] 図 7に示すように、撮影周期 T( =tZn=0. 125 s)で別の結像位置に移動する 制御を、各々の CCD1毎に繰り返して行う。図 7では、実施例 1と同様に、 P→P→P
1 2
→P→P→P→P→Pの順に結像位置を移動させる。したがって、撮影周期 T(=
3 4 5 6 7 8
t/n=0. 125 /z s)の間に 1つの CCD1による 1フレーム分の撮像が以下のようにし て繰り返して行われる。
[0048] すなわち、先ず、撮影時間が 0. 125 /z s (=tZn X 1)になるまでに 1フレーム分で 結像位置 Pに一対一で対応した CCD1で撮像（図 7の Fを参照）を行い、その結像 位置 P 2)になる
Figure imgf000015_0001
までに 1フレーム分で結像位置 Ρに一対一で対応した CCD1で撮像（図 7の Fを参
2 2 照）を行い、その結像位置 Ρ
2力 次の結像位置 Ρ
3に移動する。
[0049] 同様に、撮影時間が 0. 375 μ s (=t/nX 3)になるまでに 1フレーム分で結像位置 Pに一対一で対応した CCD1で撮像（図 7の Fを参照）を行い、その結像位置 P力
3 3 3 ら次の結像位置 Pに移動して、撮影時間が 0. 500 s (=tZn X 4)になるまでに 1
4
フレーム分で結像位置 P に一対一で対応した CCD1で撮像（図 7の Fを参照）を行
4 4
い、その結像位置 P力も次の結像位置 Pに移動する。同様に、撮影時間が 0. 625
4 5
μ s (=t/n X 5)になるまでに 1フレーム分で結像位置 Pに一対一で対応した CCD
5
1で撮像（図 7の Fを参照）を行い、その結像位置 Pから次の結像位置 Pに移動して
5 5 6
、撮影時間が 0. 750 s (=tZn X 6)になるまでに 1フレーム分で結像位置 Pに一
6 対一で対応した CCD1で撮像（図 7の Fを参照）を行い、その結像位置 Pから次の
6 6 結像位置 Pに移動する。同様に、撮影時間が 0. 875 /ζ 3
Figure imgf000015_0002
Χ 7)になるまでに 1フレーム分で結像位置 Ρ に一対一で対応した CCD1で撮像（図 7の Fを参照）を行 い、その結像位置 Ρ力 次の結像位置 Ρに移動して、撮影時間が 1. 000 s (=t Zn X 8)になるまでに 1フレーム分で結像位置 Pに一対一で対応した CCD1で撮像
8
(図 7の Fを参照）を行う。このようにして、撮影周期 T(=tZn=0. 125 /z s)の間に 1
8
つの CCD1による 1フレーム分の撮像が行われる。
[0050] 上述した撮像装置によれば、実施例 1と同様に、イメージ変換管 2cと複数の CCD1
(ここでは 8つの CCD1)とを備え、各々の CCD1とイメージ変換管 2c内における結像 位置とが一対一で対応するように構成する（ここでは結像位置 P〜P )。そして、 (B)
1 8
所定時間間隔の撮影周期（ここでは T=tZn)で別の結像位置に移動する制御を行 うイメージ変換管駆動回路 9bを備える。このようなイメージ変換管駆動回路 9bを備え ることで、撮像態様に応じて CCD1による撮像に支障を来たした場合には、支障を来 たしていない別の結像位置に移動して、その移動先の結像位置に一対一に対応し た別の CCD1に切り替えることができる。その結果、 CCD1自体の構造を変えずに、 様々な撮像態様に対応することができる。
[0051] 本実施例 2では、（B)の制御として、撮影周期 tZn (ここでは n= 8)で別の結像位 置に移動する制御を、各々の CCD1毎に繰り返して行う。上述した撮影周期 tZnで 別の結像位置に移動する制御を、各々の CCD1毎に繰り返して行うことで、 CCD1 の個数 n (ここでは n= 2)を分母とした lZn (ここでは 1/8)分だけ撮影周期 Tを短縮 させて、高速撮像を行うことができる。
[0052] この発明は、上記実施形態に限られることはなぐ下記のように変形実施することが できる。
[0053] (1)上述した各実施例では、撮影速度が 100, 000フレーム Z秒以上の高速撮像 を例に採って説明したが、撮影速度が 100, 000フレーム Z秒未満の通常の撮像に 適用してちょい。
[0054] (2)上述した各実施例では、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じ た信号を発生させる光電変換の機能として、フォトダイオードを例に採って説明した 1S フォトゲートを替わりに用いてもよい。
[0055] (3)上述した各実施例では、斜行 CCDによる『画素周辺記録型撮像素子』を例に 採って説明したが、ライン状の蓄積用 CCDを垂直方向に延在するように構成した撮 像素子、またはマトリクス状の蓄積用 CCDで構成した蓄積素子にもこの発明は適用 することができる。
[0056] (4)上述した各実施例では、 CCDの数は 8つであった力 複数であって、結像位置 に一対一に対応するのであれば 8つに限定されない。したがって、イメージ変換管内 の結像位置の数に応じて CCDに代表される撮像素子を備えればよい。
[0057] (5)上述した各実施例では、電荷蓄積手段 (各実施例では蓄積用 CCD12および 垂直転送用 CCD13)の合計数によって規定される撮像素子 (各実施例では CCD1) の 1つ当たりの所定枚数のフレーム (各実施例では 100フレーム)で同一の結像位置 に結像させる制御、すなわち単体の撮像素子 (各実施例 CCD1)を備えた場合での 、いわゆる「通常の撮影モード」での制御を行わな力つた力 各実施例での制御（す なわち (A)、 (B)の少なくとも 1つの制御）と通常の撮影モードでの制御とを切り替え る切替手段を備えてもよい。この場合には、イメージ変換管駆動回路 9bが切替手段 の機能を果たせばよい。図 8は、実施例 1と通常の撮影モードとを組み合わせたタイミ ングチャートであって、図 9は、実施例 2と通常の撮影モードとを組み合わせたタイミン グチャートである。図 8、図 9では通常の撮影モードを Mとして図示する。なお、図 8、 図 9ともに、通常の撮影モードでは、撮影周期 Tを 1 μ s/フレームとしている。このよう な切替手段を備えることで各実施例での制御と通常の撮影モードでの制御とを自在 に切り替えて、様々な撮像態様に通常の撮影モードを加えて汎用性が高くなる。
[0058] (6)上述した実施例 1では、（A)の制御として、電荷蓄積手段 (各実施例では蓄積 用 CCD12および垂直転送用 CCD13)の合計数によって規定される撮像素子 (各実 施例では CCD1)の 1つ当たりの所定枚数のフレームで同一の結像位置に結像させ た後に別の結像位置に移動する制御を、結像位置に一対一で対応した各々の撮像 素子 (各実施例では CCD1)毎に繰り返して行った力 各々の撮像素子 (各実施例で は CCD1)毎に繰り返さなくてもよいし、所定枚数は、電荷蓄積手段の数に規定され る撮像素子 (各実施例では CCD1)の 1つ当たりのフレーム数である必要はない。例 えば、 CCDの数が 8つで、蓄積用 CCD12および垂直転送用 CCD13の合計数によ つて規定される CCD1の 1つ当たりのフレーム数を 100としたときに、所定枚数のフレ ームを 100未満（例えば 50)のフレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結 像位置に移動する制御を、 1つの CCD1のみで 1回のみ行ってもよい。また、各 CCD 1毎に所定枚数を自在に設定 (例えば結像位置 1^に一対一で対応した CCDには 10 0フレーム、結像位置 P に一対一に対応した CCDには 80フレーム、 · · ·）して、各々の
2
CCD1毎に繰り返して行ってもよい。以上をまとめると、（A)所定枚数のフレームで同 一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御を行えば、具体的な (A)の制御につ ヽては特に限定されな!、。
[0059] (7)上述した実施例 2では、（B)の制御として、撮影周期 tZnで別の結像位置に移 動する制御を、各々の CCD毎に繰り返して行った力 各々の CCD毎に繰り返さなく てもよ 、し、 CCDの個数 nに応じて撮影周期 Tを tZnに必ずしも設定する必要はな い。例えば、 CCDの数が 8つとしたときに、撮影周期 tで別の結像位置に移動する制 御を、 1つの CCDのみで 1回のみ行ってもよい。以上をまとめると、（B)所定時間間 隔の撮影周期で別の結像位置に移動する制御を行えば、具体的な（B)の制御につ いては特に限定されない。
[0060] (8)上述した変形例（6)および (7)を組み合わせてもよ!/、。すなわち、（A)所定枚 数のフレームで同一の結像位置で電子像に結像させた後に別の結像位置に移動す る制御、（B)所定時間間隔の撮影周期で別の結像位置に移動する制御を互いに切 り替え可能にして、 2つの（A)、 （B)の制御のいずれかに選択可能、あるいは (A)、 ( B)の制御の両方を選択可能にしてもよい。
[0061] (9)この発明では、いずれの撮像方式においても適用することができる。撮像方式 としては、王に IL(Interline)方式、 FT(Frame Transfer)方式、 FFT(Full Frame Transf er)方式、 FIT(Frame Interline Transfer)方式などがある。これらの方式に合わせて撮 像素子の構造も変化する。

Claims

請求の範囲
[1] 撮像を行う撮像装置であって、入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じ た信号電荷を発生させて撮像を行う複数の撮像素子と、光学像を電子像に変換して 、その電子像の結像位置を移動させて、結像された電子像を光学像に再度変換した 後に、その変換された光学像を前記入射光として前記撮像素子に入射するように構 成されたイメージ変換管とを備えるとともに、各々の撮像素子と各々の前記結像位置 とが一対一で対応するように構成し、前記撮像装置は、（A)所定枚数のフレームで 同一の結像位置に結像させた後に別の結像位置に移動する制御、（B)所定時間間 隔の撮影周期で別の結像位置に移動する制御のうちの少なくとも 1つの制御を行う 制御手段を備えることを特徴とする撮像装置。
[2] 請求項 1に記載の撮像装置にぉ 、て、前記 (A)の制御のみを前記制御手段は行う ことを特徴とする撮像装置。
[3] 請求項 1に記載の撮像装置にぉ 、て、前記 (B)の制御のみを前記制御手段は行う ことを特徴とする撮像装置。
[4] 請求項 1に記載の撮像装置にぉ 、て、前記 (A)および (B)の制御の両方を前記制 御手段は行うことを特徴とする撮像装置。
[5] 請求項 1から請求項 4のいずれかに記載の撮像装置において、前記撮像装置は、 前記 (A)、 （B)の少なくとも 1つの制御と、信号電荷を蓄積して記憶する電荷蓄積手 段の数によって規定される撮像素子の 1つ当たりの所定枚数のフレームで同一の結 像位置に結像させる制御とのいずれかを切り替える切替手段を備えることを特徴とす る撮像装置。
[6] 請求項 1から請求項 5のいずれかに記載の撮像装置において、前記 (A)の制御と して、信号電荷を蓄積して記憶する電荷蓄積手段の数によって規定される撮像素子 の 1つ当たりの所定枚数のフレームで同一の結像位置に結像させた後に別の結像位 置に移動する制御を、結像位置に一対一で対応した各々の撮像素子毎に繰り返し て行うことを特徴とする撮像装置。
[7] 請求項 1から請求項 5のいずれかに記載の撮像装置において、結像位置に一対一 で対応した各々の撮像素子の個数を nとし、同一の結像位置での各撮影枚数毎の時 間間隔を tとし、撮影周期を tZnとしたときに、前記 (B)の制御として、撮影周期 tZn で別の結像位置に移動する制御を、各々の撮像素子毎に繰り返して行うことを特徴 とする撮像装置。
[8] 請求項 1から請求項 7のいずれかに記載の撮像装置において、前記撮像素子は、 入射光を電荷に変換することでその光の強度に応じた信号電荷を発生させる光電変 換手段を備えることを特徴とする撮像装置。
[9] 請求項 8に記載の撮像装置において、前記光電変換手段はフォトダイオードである ことを特徴とする撮像装置。
[10] 請求項 8または請求項 9に記載の撮像装置にぉ 、て、前記光電変換手段、および 前記信号電荷を蓄積して記憶する電荷蓄積手段を複数個備え、各電荷蓄積手段の それぞれをライン状に接続して構成するとともに、光電変換手段から発生した信号電 荷を、隣接する電荷蓄積手段に順次転送しながら各電荷蓄積手段に蓄積するように 構成し、各光電変換手段の並びに対して斜め方向にライン状の電荷蓄積手段が延 びるように構成することで、前記撮像素子は画素周辺記録型撮像素子として構築さ れることを特徴とする撮像装置。
[11] 請求項 1から請求項 10のいずれかに記載の撮像装置において、前記撮像素子は CCD型固体撮像素子であることを特徴とする撮像装置。
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